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产品湿度环境加速测试(Humidity temperature cycle)

Posted by 工作熊 《文章出处:电子制造,工作狂人http://www.researchmfg.com/pcbassembly/》 

《湿度测试(Humidity Test)》的目的一般在确定湿度对产品的影响程度,并保证该产品于高湿的条件之下仍然可以符合规格的要求。这种测试通常都属于加速试验的范围,一般是为了尽早找出产品在计上有否较脆弱的零、组件,或是否有制程上的问题,或是故障模式,以提供产品质量设计改进的参考。为了确保产品的性能,测试时会用到各种不同的温湿度件以及时间间隔,期间每个阶段的测试都必须通过并符合规格要求。

有些容易吸湿的材料(如印刷电路板,塑料射出零件,封装零件等)将会随着暴露于水蒸气的压力及时间成比例的吸收水分,当材料吸收了过多的水分就会引起膨胀或污染,甚至会破坏到产品的功能,比如说在一些较敏感电路间引发漏电流(leakage current)并导致产品失效,有些化学残留物甚至会因为水气而造成电路板严重的腐蚀或引起金属表面氧化等反应。在某些情况下,相邻线路间也会因为水气及电压差而引发电子迁移(Electromigration)效应而形成树突细丝(dendritic filament),至造产品系统不稳定等问题。如果我们的产品存在这样的问题,那下面所介绍的温湿度试验设计,就是用来加速这些故障机制的发生,进而了解产品的可能问题点。







在潮湿的环境中,故障可以被分为两个独立的机制:

§  吸附(adsorption, 表面吸收水分)

§  吸收(absorption, 水分渗透到吸湿材料内部)

本试验设计,分别提供了这两个条件,而且模拟加速在终端客户的使用环境。由于累加(cumulative)的效应,吸附(第4.3条)和吸收(第4.4条)测试需要依照一定的排列顺序来进行。包括了《低湿度测试(第4.2条)》,以确保产品能够在世界上许多地区的冬季低湿环境下运作。另外,还有《五天湿度循环》测试将会在第4.6节说明。这项测试需要有良好的工程判断来决定这个测试需不需要被执行。

进行湿度测试时,必须要留意环境测试机台的天花板必须要有防止结霜的设计,以免水滴滴落到产品的可能性,特别是针对某些不耐水的材料〈如木制品,化学品〉。环境测试机台内的冷凝水必须要倒掉,不能回收使用。形成水蒸气的水必须使用纯水或蒸馏水,要去除掉矿物质及离子,pH值在23°C时应该在6.0和7.2之间。水的电阻值必须大于150,000 ohms-cm。

产品应该依据不同的等级分类来选择合适的温湿度曲线以进行环境测试,依据图表上的每一个曲线阶段记录测试的结果,当产品进入每个阶段的环境并开始功能测试以前,应该至少保留一个小时的时间让产品的温湿度达到稳定状态,或是等到产品规定的最少热启动时间后才能进行,以时间较长者为准。曲线的安排有经过设定,可以让每个阶段的开始时间大都是在早上上班时间,这样可以有利上班时间来进行测试及观察记录。

对某些产品来说,要完成功能测试,可能需要花费很久的时间,在高湿度的测试期间,最好可以借助一些良好的工程判断,精简某些测试的步骤,只测试那些较可能受湿度影响的功能就可以了,或许可以是个不错得选项。

4.1 初步性能测试(Initial Performance Test

一开始测试的时候,先将产品放在温湿度环境测试机,纪录其性能测试的结果,并确认符合规格要求。测试开始时的条件为25°C±3°C以及50%±10%的相对湿度(约室内环境)。

4.2 最低工作湿度(Minimum Operating Humidity

依据产品的市场需求,低湿度的测试环境设置为15%RH±10%,这个阶段的测试时间为24个小时。对某些产品(如CRT、打印机、绘图鸡、磁性录音机…等类)来说,可能会对这种环境较为敏感。纪录这个阶段刚开始及结束时的性能测试结果。

4.3 最大工作湿度(Maximum Operating Humidity

这个阶段的测试在衡量吸附(adsorption, 表面泄漏电流)的影响。待测物(EUT, Equipment Under Test)在《非作业》步骤的前后一个步骤都属于《最大工作湿度》的环境。第一阶段的《最大工作湿度》有17个小时,而第二阶段则有11个小时。本阶段测试的目的在加速产品表面吸附过多水分后,会不会引起产品漏电及电解效果等的不良。电子迁移的树突也大都出现在这个阶段,有开启电源的状态下长成的。纪录下这个阶段的性能测试结果。

4.4 非作业湿度(Non-Operating Humidity

这项测试目的在衡量吸收的影响(absorption, 水分渗透到吸湿性材料)。

重要:在这个阶段测试时,记得将录音(影)媒体等消耗品从产品上移除。

当产品成功完成第一个阶段的《工作湿度测试》(第48小时)后,关闭产品的电源,开始进入《非作业》步骤。依据不同的产品分类会有不同的《非作业》步骤时间,有12个小时、24个小时及72小时等三种选择。这种高湿环境将可能加速金属腐蚀、恶化吸湿及多孔材料。

在《非作业》的湿度循环结束时,环境测试机会返回到第《4.3最大工作湿度》条件。纪录下这个阶段刚开始时的性能测试结果。

4.5 干燥及最终性能测试(Dry-Out and Final Performance Test

在第二阶段的《最大工作湿度》测试结束时,温度及湿度将会回到大气环境,这时候性能测试必须重复进行。记录性能测试的结果。将之比较《初步性能测试》的结果。检查这两个测试结果的差异,或许可以发现一些产品设计上的潜在弱点。

将产品从环境测试机中取出,检查是否有任何腐蚀、锈蚀、变形的现象,或有任何其他的异常。仔细观察并记录。如果有任何组件或组装不再符合电气或机械规格,将会被记录为缺点。如果有外观问题也应该提出,由团队来评估是否符合客户的期望。

这个阶段将会室温的环境下持续24个小时。在此期间内所发生的任何故障都要进行评估,以确定它是否是由于刚刚完成的湿度测试所造成。

5. 凝结、缩合

这项测试是用来衡量产品处于水气《凝结》状态下的可能反应,当产品处于温度急剧变化的地区,比如说突然从较凉爽的地区进到的一个温暖的环境时,产品的表面及内部可能因为温度的急遽变暖而把周遭的水气凝结成水滴。等级C1和C2的产品通常在正常的环境下使用,并不会有《凝结》的状况出现,所以可以不用执行这项测试。

产品的恢复率将会是衡量产品能力的指针之一。除非产品另外指定的规格,否则一律以下面的恢复时间当作衡量的标准:

§  医疗器材:1分钟

§  可携式的产品: 5分钟

§  其他产品:15分钟

产品的恢复与否一律以时间来做为衡量的准则。

有些产品可能会因某些耗材的关系,造成在冷凝状态下会没有办法执行其主要功能。这些产品只要在规格中明确告知消费者就可以不需要执行这项测试。

5.1 方法一

将产品关机,并放在实验室环境条件下(约25°C,相对湿度50%)一段时间,等确定产品的温度已经稳定后,

迅速将扔然关机的产品放到40°C和95%RH的环境当中,五分钟之后才开启电源。请参阅第5条的产品恢复时间要求。

5.2 方法二

当产品的尺寸太大不允许随意移动时,将产品在关机的状态下先放入保持温湿度环境机里。先将温度降低到-10℃并保持一段时间,直到产品的温度稳定。将环境控制机的条件设定在25°C和相对湿度50%,这时候环境测试机内的温度将会迅速的上升并早成冷凝的效果,这是因为外部环境的温度上升速度将远远高于产品内部温度的缘故。这时候可以观察环境测试机台的观景窗及其内部墙壁也会出现凝结的流汗效果。请参阅第5条的产品恢复时间要求。

 

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